既有铁路抢修钢梁通车性能分析

既有铁路抢修钢梁通车性能分析　田　车　（中铁第五勘察设计院技术研究院，北京１０２６００）　摘要：为保障铁路高效安全的运行，并最大程度的发挥既有抢修钢梁的潜力，对既有抢修钢梁按照现行新的　规范和列车运行状态进行重新计算，并对结果进行分析研究。既有铁路抢修钢梁的设计荷载、限速要求、受力　变形情况等指标难以适应现代铁路发展趋势。应利用新的理论和新的手段去分析钢梁特性，以设计出符合现　代铁路需求、满足平战要求的新型铁路抢修钢梁。　关键词：铁路钢梁；抢修；战备　中圈分类号：Ｕ４４８．３６文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—３９５３（２０１０）０５—００３８—０３　１　概述　１．１　既有铁路抢修钢梁简介　六四式铁路军用梁（简称六四梁）是我国自行研　发展。普通铁路运营速度由６５　ｋｍ／ｈ提高到１６０　ｋｍ／ｈ以上，并且随着高速铁路和客运专线的相继　建成，列车运营速度将普遍达到２００　ｋｍ／ｈ以上。　列车的荷载形式也发生了很大变化。首先是我　制的一种铁路桥梁抢修制式器材，是一种全焊构架，　销接组装、单层或双层的多片式、明桥面体系拆装式　国主要铁路干线已经实现了电气化，蒸汽机车基本　淘汰。其次，高速铁路、客运或者货运专线越来越　多，荷载形式也越来越多样化，因此按照早期荷载形　式设计的钢梁，在新的列车荷载下各项性能需要重　新分析。　上承钢桁梁。适用跨度１６～４０　ｍ，加强型六四式梁　适用跨度１６－－－４４　ｍ。　八七型铁路应急抢修钢梁（简称八七梁）于一九　八七年通过部级技术鉴定，主要用于战时和平时突　发事件中的铁路大跨度桥梁应急抢修；也可作为便　桥梁、预架梁、支墩和建筑施工大型辅助结构等使　用，以及在基建工程和运营线路上短期使用。适用　基本跨度为４０￣６４　１ＴＩ，扩大使用到９６　ＩＴＩ。　近些年，新的计算手段和计算理论不断出现，利　用有限元软件对既有抢修钢梁进行仿真分析可以加　深对钢梁通车性能的了解。　２　抢修钢梁计算分析　２．１　计算模型与工况　拆装式桁梁（简称拆装梁）为１９５３年设计，经过　１９６３年和１９６６年２次修改，采用１９５９年铁路桥涵　设计规范，适用于临时抢修，也可用于永久性结构。　适用跨度１２～８Ｏ　ｍ。设计荷载采用前进型单机随　挂６　ｔ／ｍ。　利用专业有限元软件ＭＩＤＡＳ对既有铁路抢修　钢梁进行建模计算，参照现行规范中的车辆荷载和　冲击系数对钢梁加载＿】　］，分析现有条件下上述各　种钢梁的车载受力情况及动力特性。在横向计算　中，仅考虑列车摇摆力的作用。　我国铁路长时间运营状况证明：按照现行规范　进行验算完全满足１２０　ｋｍ／ｈ的列车通过桥梁的各　以上既有铁路抢修钢梁均有限制行车速度的要　求。　１．２　抢修钢梁通车性能计算的意义　既有铁路抢修钢梁的研制符合当时国情和铁路　状况，经历了战争和重大自然灾害的考验，保障了铁　路的畅通，关键时刻发挥了巨大的作用。近些年，随　着国家经济的发展，铁路运输朝着快速重载的趋势　收稿日期：２０１０—０６－１１　类需求。根据现阶段铁路运营情况，按照中活载和　高铁列车标准荷载（ＺＫ标准活载）对如下各铁路抢　修钢梁的结构型式分别进行变形与自振频率的计　算。六四梁，包括２４　ｍ跨度双层４片梁，３２　ｍ跨度　双层５片梁，４０　１３３跨度双层７片梁结构形式。八七　梁，包括４０　ｍ、４８　ｍ、５６　ｍ、６４　ｍ跨度的下承鱼腹式　梁。拆装式桁梁，包括２４　ｍ、３２　ｍ、４０　ｍ、４８　ｍ、５６　作者简介：田丰（１９８２一），男，助理工程师，２００８年获得西南　ｔｉａｎｆｅｎｇ＠ｔ５ｙ．ｃｎ　交通大学桥梁与隧道工程专业硕士学位，先后从事桥梁工程设计、铁　路桥梁战备研究等工作ｍ跨度的拆装式桁梁。所建立的八种抢修钢梁的　国防交通工程与技术－四２０１０第５期　・研究与设计・　既有铁路抢修钢梁通车性能分析　田　丰　有限元模型见图１～图４。　表３　拆装式钢桁梁计算结果　图１双层六四梁模型　图２八七梁模型　由于铁路抢修钢梁结构类型繁多，改进后的结　构更是千差万别，本文选择几种典型跨度的结构进　图３　３２　ｍ拆装梁模型　行分析：六四梁结构，按照双层７片梁布置，计算２４　ｍ、３２　ｍ两种跨度形式；拆装式梁结构，按照较大跨　度的结构形式组装较小跨度桥梁，即用５６　ＩＴＩ跨度　的双层结构形式对４８　ｒｉｆ和４０　ｍ（见图５）两种较小　图４　５６　ｍ拆装梁模型　跨度进行建模计算。通过与原有结构的参数进行对　２．２　计算结果　比，找出一般问题所在。各种情况计算结果及对比　各种钢梁在中活载和ＺＫ标准活载作用下的变　见图６～图９。　形及动力特性见表１～表３。　２．４　结果分析　２．３　结构改进研究　根据规范，梁体的横向刚度应按梁体的横向自　解决既有铁路抢修钢梁通行能力不足的方法主　振频率和梁体的水平挠度进行控制。在列车横向摇　要有两种：一种是对现有器材进行改进，即根据钢梁　摆力、离心力、风力和温度的作用下，梁体的水平挠　自身特点对部分结构进行加强；另一种是研究新型　抢修钢梁。　表１　六四梁计算结果　图５加强后４０　ｍ拆装梁模型　６．００　５．００　４．００　一０５规范值　莲　一一六四梁　…１．００　八七粱　……Ｏ　拆装梁　２　表２　八七型铁路应急抢修钢梁计算结果　跨度／ｍ　图６各种跨度的横向自振频率　童　一Ｏ５规范值　一一六四梁　一一－／　七梁　羹　……拆装梁　圈７各种跨度的横向变形　国防交通工程与技术　囵　２０１０第５期　・研究与设计・　既有铁路抢修钢梁通车性能分析　田　丰　冒吸／巡　一一一０５规范值　六四梁　八七梁　拆装梁　４０　１ＴＩ跨度梁桥，能够满足要求。对拆装梁结构，可　以通过改进结构形式使部分跨度适应新的荷载形　…式。但是拆装梁是作为半永久结构进行设计的，因　此存在结构复杂、施工时间长等缺陷，为铁路抢修带　……一增强后六四梁　一增强后拆装梁　来很大的不便，不适合作为现代铁路桥梁抢修的主　流器材；但可以考虑在此基础上进行结构简化和改　圈８　中活载作用下竖向挠度示意图　一进，以达到规范和实际使用要求。　一一０５规范值　六四梁　３　结论与展望　既有铁路抢修钢梁在现行标准规范条件下，竖　向刚度和横向刚度上都存在不足，这制约了战时抢　八七梁　拆装梁　＋增强后六四梁　一增强后拆装梁　………修以及平时抢险时铁路运营能力的进一步提高。通　过改进结构形式可以适当提高钢梁的技术性能，具　体拼组方式需要进一步研究。　由于钢梁自身的特点，钢梁结构普遍存在主频　过低的问题。在列车高速过桥时，可能会产生车桥　耦合共振方面的问题。应利用新的理论和新的手段　２４　３Ｚ　４Ｏ　４　５６　６４　跨度／ｍ　圈９　ＺＫ活载作用下竖向挠度示意图　度应小于或等于梁体计算跨度的１／４　０００。简支钢　桁梁竖向挠度允许值为跨度的１／９ｏｏ。　结果显示：在现有荷载情况下，铁路抢修钢梁的　去分析桥梁特性，以设计出符合现代铁路需求、满足　平战要求的铁路抢修钢梁。　参考文献　［１］中华人民共和国铁道部．ＴＢ１０００２．１—２００５铁路桥涵设　计基本规范Ｅｓ７．北京：中国铁道出版社，２００５　竖向挠度、横向变形和动力系数等指标大都不能满　足要求，因此在既有钢梁上直接提高列车过桥速度　是不可行的。其中，拆装梁的各项参数离规范值最　接近。　加强后的六四梁结构也不能满足规范要求。加　强后的拆装梁结构，竖向刚度得到很大的提高，对　Ｅ２１中华人民共和国铁道部．新建时速２００￣２５０公里客运专　线铁路设计暂行规定［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００５　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄｒｉｖｅ－Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｘｉｓｔｉｎｇ　Ｒａｉｌｗａｙｓ　Ｒｕｓｈ・－Ｒｅｐａｉｒｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｒｕｓｈ－－Ｒｅｐａｉｒ　Ｓｔｅｅｌ　Ｇｉｒｄｅｒｓ　Ｔｉａｎ　Ｆｅｎｇ　（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ，Ｆｉｆｔｈ　Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ，Ｒａｉｌｗａｙ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ。Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０２６００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ；Ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ｓａｆｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒａｉｌｗａｙ　ａｎｄ　ｔｏ　ｇｉｖｅ　ｆｕｌｌ　ｐｌａｙ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｒｕｓｈ—ｒｅ—　ｐａｉｒ　ｓｔｅｅｌ　ｇｉｒｄｅｒｓ，ｎｅｗ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｍａｄｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ　ｇｉｒｄｅｒｓ　ｆｏｒ　ｒｕｓｈ－ｒｅｐａｉｒ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｒａｉｌｗａｙ　ｎｏｒｍｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｔｒａｉｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｌｏａｄｓ，ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｓｐｅｅｄ　ｌｉｍｉｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｒｕｓｈ－ｒｅｐａｉｒ　ｓｔｅｅｌ　ｇｉｒｄｅｒｓ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ｒａｉｌｗａｙｓ．Ａｓ　ａ　ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｒｕｓｈ－ｒｅｐａｉｒ　ｓｔｅｅｌ　ｇｉｒｄｅｒｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｔｈｅｏｒｉｅｓ　ａｎｄ　ｂｙ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ｎｅｗ　ｒａｉｌｗａｙ　ｒｕｓｈ－ｒｅｐａｉｒ　ｓｔｅｅｌ　ｇｉｒｄｅｒｓ　ｔｈａｔ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ｒａｉｌｗａｙｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｒａｉｌｗａｙｓ　ｉｎ　ｂｏｔｈ　ｗａｒｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｐｅａｃｅｔｉｍｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ　ｇｉｒｄｅｒｓ　ｆｏｒ　ｒａｉｌｗａｙ；ｒｕｓｈ－ｒｅｐａｉｒ；ｗａｒ　ｐｒｅｐａｒｅｄｎｅｓｓ　ｏ’ｏ。ｏ‘ｏ’ｏ’ｏ‘ｏ‘ｏ‘。‘。。ｏ。ｏ’ｏ　ｏ‘ｏ’ｏ’。　ｏ’ｏ　ｏ‘ｏ‘ｏ。。　ｏ。。‘。　ｏ’ｏ　ｏ‘ｏ’ｏ‘　ｉ敬请关注　欢迎订阅　感谢赐稿！　ｌ　．．‘：＞．ｏ．ｏ．．ｃ＞．（＞．．ｃ，．ｏ．＜＞．（）．。．ｏ．＜＞．（）．ｏ．．ｏ．。．＜）　（＞．（）．（）．ｏ．．（）．ｏ．．：）　＿（＞．。．＜＞．．。．．。．＜＞．＜＞　ｏ．＜＞．＜＞．　国防交通工程与技术　＿　２０１０第５期